重载交通（精选八篇）
重载交通 篇1
为了解重载交通条件下半刚性基层沥青路面结构的损坏特点,分析其破坏机理和成因,本文选取了上海市的两条重载交通特征显著的干线公路,通过现场调研和资料收集,调查了沥青路面的典型损坏状况,总结了承受重载交通的沥青路面结构病害特征。
1 上海市典型重载路段路面病害调查分析
1.1 A高速公路路面损坏调查分析[1]
A高速公路自2003年建成通车后,其交通量增长较快,2006年全路段年平均交通量约为4万辆/d,其中集装箱车和大型货车交通量占到了4.8%。由于货车超载现象十分普遍,A高速公路虽然通车时间仅4年,但重载作用对于沥青路面的早期损坏造成了重要影响,严重影响到路面结构的使用寿命。
根据路面破损调查结果,A高速公路路面的主要病害是裂缝、车撤、拥包、坑槽、道路平整度衰减等现象。
1.1.1 裂缝
路面出现的裂缝主要包括反射裂缝、横缝、纵缝。对路面的调查发现,反射裂缝是目前上海半刚性基层路面较为广泛的病害之一,其形成原因是由于半刚性基层在水分损失及温度变化时产生收缩裂缝(温缩和干缩),这些裂缝在外荷载作用下反射到沥青面层。根据A高速公路的钻芯取样分析结果,反射裂缝主要是由于三渣基层收缩形成了反射裂缝,如果雨水进入会引起病害迅速扩大,产生松散、网裂、坑槽等路面病害。A高速公路纵向裂缝多出现在轮迹带上,主要是由于车辆荷载作用下引起了路面的疲劳损坏。
1.1.2 拥包
由于A高速公路路面上面层采用AK-15Ⅰ普通沥青,面层的热稳定性和抗剪强度不足,在重车荷载的反复作用下,发生推移而形成拥包。此外,桥面上的沥青混合料与水泥混凝土铺装之间粘结力不足,也会产生拥包现象。
1.1.3 车辙
车辙为沥青路表面沿轮迹带的纵向凹陷,主要包括沥青层内的剪切流动性车辙、面层下各结构层永久变形导致的结构性车辙、轮胎往复作用下的磨耗性车辙以及沥青面层混合料的压密型车辙。在保证合理的材料和施工控制的前提下,沥青路面以剪切流动车辙及结构性车辙为主。
A高速公路沥青有上中下面层,上面层采用4 cm抗滑沥青混凝土(LK-15Ⅰ),中面层为5 cm中粒式沥青混凝土(LH-25),下面层为6 cm粗粒式沥青混凝土(LH-35),均采用普通沥青,中下面层为悬浮型结构,加之重车较多,车辙主要是由于在高温条件及车辆荷载重复作用下,沥青混凝土的剪切流动变形所造成的。
1.2 B高速公路路面损坏调查分析
B高速公路于2004年9月竣工通车。该调研路段为嘉定区与江苏省货运交通主干道,其使用年限超过5年。由于该路段车流量大,轴载较重,路面结构已出现轻重不同的各种形式病害。
路面性能状况调查结果表明,B高速公路路面损坏状况以裂缝类为主,松散类、变形类为辅。
1.2.1 裂缝类病害
对B高速公路裂缝病害的调查结果表明,该路段半刚性基层横向反射裂缝出现的频率高、密度大,占到全部裂缝病害的60%以上。B高速公路的纵向裂缝以自下而上发展的Bottom-Up纵向开裂和从路表向内部扩展的Top-Down纵向开裂为主。对于B高速公路局部区域出现的龟网裂,对其结构层进行逐层铣刨,以明确其病害层位。通过逐层铣刨可以发现,在沥青面层龟网裂病害下部基层结构呈现出两种不同的状态,即基层结构板体性完好和基层结构发生了块状龟网裂。
1.2.2 变形类病害破损类型[1]
根据对B高速公路的实际调查结果可知,在使用过程中养护频率较高,养护水平较好,该路段车辙数量较少,其中结构性车辙几近没有,而面层剪切流动性车辙主要发生在局部行车道上,主要是由于局部沥青混合料的施工压实度或材料的温度稳定性不良所造成的,深度在0.5～1 cm之间,铣刨面层后发现基层板体性完好。
沉陷是指沥青路表面的局部不均匀凹陷。对于B高速公路,实际沉陷位置多发生在扩建车道,从沉陷病害的特征来看,沉陷区域成锅底型,并伴有较为严重的龟网裂,其深度一般在2～5 cm之间。
2 重载半刚性基层沥青路面结构损害特征小结
国内众多学者也对重载下半刚性基层沥青路面结构的损害现象进行了调查[2,3,4],结合上海市重载道路的调查资料,发现我国重载沥青路面结构损害往往呈现以下特征:
2.1 重载沥青路面早期损害现象较为突出
我国高速公路沥青路面的设计使用期一般为15年,但是调查表明[3],通车仅2～3年,个别高速公路的沥青路面已发生大面积破坏;部分新建成的交通量较大的高速公路的沥青路面,通车不到1年就发生了严重的水破坏或严重的辙槽。本文对上海市高速公路沥青路面的损害调查发现,高速公路开放交通的初期(3～4年内),沥青路面出现了较为明显的老化,沥青混凝土的抗温度裂缝能力、抗疲劳破坏能力、抗水破坏能力和抗松散能力已大幅度减弱,沥青面层的损坏现象较为显著。
2.2 重载沥青路面病害种类较多,但以裂缝、车辙、沉陷现象较为显著
由上述分析可以看出,在重载交通条件下,沥青路面主要损害类型表现为温度横向裂缝、反射裂缝、行车道轮迹带车辙与裂缝(龟裂与纵向裂缝)。若上述裂缝得不到及时地养护维修,在动水的作用下将进一步发展为松散或坑槽等水损害。车辙、沉陷现象在某些道路损坏现象中较为突出。
2.3 行车道路面病害普遍比超车道病害多,破坏程度重
不论是高等级干线公路,还是二级干线公路,行车道路面病害较多,破坏程度也较重。以所占病害比例最高的裂缝类病害为例,根据上海市高速公路路况分析报告,对于各种类型的路面裂缝,行车道裂缝发生率普遍高于超车道,尤其是纵向裂缝表现更为明显,由于纵向裂缝主要是由于荷载作用下路面结构产生的疲劳破坏引起的,而高速公路上重载车辆多分布在行车道上,这也进一步证明了重载对路面的损坏作用比较明显。
摘要：通过现场实地调研和资料收集,分析并总结了重载交通下沥青混凝土路面结构损坏类型和损坏特征,为解决重载下沥青混凝土路面损坏问题提供理论依据。
关键词：重载交通,沥青路面,损坏特征
参考文献
[1]上海市公路管理处,同济大学.上海市干线公路性能状况分析及技术对策研究报告[R].上海:上海市公路管理处,2009.
[2]沈金安,李福晋,陈景.高速公路沥青路面早期损坏分析与防治对策[M].北京:人民交通出版社,2004.
[3]沙庆林.高速公路沥青路面早期破坏现象及预防[M].第2版.北京:人民交通出版社,2008.
重载交通便道工程中的软基处理技术 篇2
【关键词】重载交通便道工程；软基；处理技术
广深沿江高速公路A1合同段东莞段(起点桩号为K9+645,终点桩号为K37+944)，路线全长37.944Km。工程地处三角洲平原地貌，地面高程一般0.2-5.0m，地表水系十分发育，河流纵横交错。地层为第四系海陆交互相沉积淤泥、淤泥质土、砂层；冲洪积粘性土、淤泥、淤泥质土及砂层。路线所经过路段大部分为香蕉园和鱼塘区，没有现行的道路通过，只有沿主线修建临时便道，机械设备、材料才能通过运输到达工点，主体工程才能施工，因此，如何修建软土地基上的临时便道，既确保便道承受100t的载荷3年内正常使用，又软基处理的设计方案最经济合理，重载交通便道工程中的软基处理技术研究显得尤为重要。沿江高速软基便道总长约19.4km，其中蕉林段长14.8km，路基顶宽6m，平均填土高度1m，填方约11.1万方（压实方）；鱼塘段长4.6km，平均填土高度3m，填方约14.7万方（压实方），总填方量达25.8万方。因此有必要对如何在软土地基上修筑临时施工便道进行专项研究，并通过试验路段得出较为经济合理的结构层设计、施工工艺及软基稳定性的施工标准，不仅直接指导全线19.4km的软基便道快速、经济施工，确保工程质量，而且为公司在类似工程中提供经验。
长大公司修建这么长的便道尚属第一次，之前的项目由于普遍线路短，施工临时便道最长不超过5公里，且没有这么大规模的鱼塘段和蕉林段软基，因此在施工便道的设计及施工中没有给与足够的重视，基本是轻设计重维护，便道质量没有保证，造成前期投资少后期维护投入大，且会影响后期的材料设备的运输，给主体工程施工带来不同程度的影响。省内各单位在鱼塘段和蕉林段施工便道的处理方法很多，没有形成一个统一的设计标准和施工标准。我们通过省内调研结合公司以前的施工经验和效果，根据现有地材的情况形成沿江项目的便道初步设计方案，再通过试验路段进行数据采集和对工艺进行检验，形成一套便道软基设计施工处理方案，指导整个全线便道软基的施工。
便道软基处理需解决的主要技术难点是软基的稳定性确定和工程造价问题，即在经济合理的工程造价情况下，保证便道质量在使用过程的稳定性和后期维护成本小。
1 研究内容和实施方案
研究的主要内容为：
1.1 进行软基鱼塘段和蕉林段处理方案设计、技术经济比选，包括填筑材料、结构层厚度、施工方法的比选等确定初步处理方案。
1.2 在鱼塘段和蕉林段各选取一段进行试验路段，对处理方案进行试验总结、优化，制定压实工艺并确定碾压厚度、沉降量、沉降速度、软基稳定等主要指标。
实施方案：
1.2.1 对省内各工程项目在鱼塘段及蕉林段施工便道的设计、施工方法以及后期效果的收集和总结。
1.2.2 对当地各种填筑材料的信息进行收集。
1.2.3 对施工便道各种设计方案在施工方法、使用效果和经济上作比较，选取较为合理的初步设计方案。
1.2.4 在全线选取有代表性的软基段位置做试验路段，软基蕉林段选在k18+916-k19+451.6计435.6m、鱼塘段选在立沙互通A、B匝道计900m。
通过试验路段对沉降速度：cm/天；沉降量：cm/月；结构厚度和填料设计；压实工艺的控制标准；运输车碾压一个月的路基沉降观测；得出软基稳定性具体的指标，并对初步设计方案进行总结和优化，制定出最终的设计施工文件指导全线施工。
1.2.5 全线建立便道沉降观测点，在项目施工期内定期观测沉降数据并建立每月便道维护记录，在整个工程项目完成后总结出适用于鱼塘段和蕉林段施工临时便道设计、施工及造价的指导性文件。
1.3 采用的技术路线
便道软基处理方案设计→试验路数据采集→处理方案优化比选→确定处理方案、制定施工工艺及软基稳定性标准→推广全线便道软基施工。
1.4 主要评价目标和技术经济指标
评价目标：运输车辆在便道软基上行驶时便道质量处于稳定状态，面层无破损、开裂，路基无局部沉陷、滑移现象产生。
有关技术经济指标:
a、沉降速度；b、沉降量；c、结构厚度和填料设计；d、经济成本比较；e、压实工艺
2 工艺过程简述及工艺流程图
鱼塘段：先路基两侧沙包围堰，围堰高度高于水面20cm，后从路基中间向两侧抛填废弃砖石，高度与围堰平齐即开始碾压，先慢速静压一遍，后振压2-4编至无明显压痕为止，再按每层30cm厚度逐层碾压至设计标高。
工艺流程图：沙包围堰→抛填废弃砖石→第一次碾压→分层碾压至设计标高。
蕉林段：从路基中间向两侧抛填废弃砖石，每层30cm厚，根据压痕和观测沉降速度： cm/天；沉降量：cm/月；运输车碾压一个月的路基沉降观测；每层软基稳定标准a、側移小于2cm/天、竖向5cm/天；b、沉降量小于30cm/月，待该层稳定后再施工另层至设计标高。
工艺流程图：抛填废弃砖石30cm→碾压至软基稳定→再抛填废弃砖石30cm→分层碾压稳定至设计标高。
3 主要材料与设备使用情况
项目使用的主要材料为废弃砖石，来源于拆迁房屋和砖瓦厂废料，路线沿途较多。设备使用情况：铲车1台、运输设备为20t孖担车2辆、推土机1台、碾压设备主要采用20t宝马牌钢轮压路机1台。
4 质量控制、安全措施、环保措施
本项目质量控制要求：分层厚度30cm, 沉降速度a、側移小于2cm/天、竖向5cm/天；b、沉降量小于30cm/月。
安全措施：杜绝发生重大以上的责任事故，包括职工伤亡、火灾、爆炸、设备受损、交通安全、急（恶）性中毒事件，废弃砖石的倾倒、推平、碾压必须服从现场施工人员的指挥；雨天停止施工；做好路基两侧排水工作。
环境保护措施：沙包围堰防止泥土和污水进入鱼塘，路基洒水防止灰尘污染空气。
5 总结
广深沿江高速19.4km软基临时便道项目为重载交通便道工程中的软基处理技术研究，先从软基鱼塘段和蕉林段处理方案设计、技术经济比选开始，初步确定施工便道软基处理方案；后在鱼塘段和蕉林段各选取一段进行试验路段，对处理方案进行试验总结、优化，确定软基处理设计、施工方案，制定压实工艺并确定软基稳定性主要技术控制指标；最终用以指导全线软基便道工程施工，直接取得最好的经济效益。
该项目研究具有很强的适用性和推广价值。
创新点：a、软基处理结构设计：填料利用废弃砖石；b、成本低；c、软基稳定性控制指标；d、压实工艺：快、稳、省。
经济效果评价：碎石71元/方，砂44元/方，废弃砖石37/方。如果便道软基全部采用吹砂填筑，因东莞砂质含泥量大，沉降稳定最少需6個月时间，工期不容许，费用也大；全部采用填碎石，软基很快可以稳定下来，但费用太高；所以方案采用部分碎石+砂和废弃砖石的办法，可以很好处理了进度和成本问题，根据经营部提供的预算资料，预期鱼塘软基处理可节省65万/km，蕉林软基处理可节省25万/km。
鱼塘4.6*65万/km=299万
蕉林14.8*25万/km=370万。
共节约造价669万。
重载交通 篇3
随着我国经济的持续快速发展, 各地区正在加大对高等级公路的投资修建, 以扩大运输业, 带动本地区的整个经济。然而, 许多高等级公路在投入使用后便出现较多损坏现象, 不仅影响了正常交通, 还增加了巨额维修费用[1]。其原因之一是车辆超载严重。
世界上许多国家和地区制定了相应的管理法规, 规定车辆的总重和轴载的最高限值。也有些国家采用提高轴载限值的手段来鼓励使用重型货车, 他们认为这样有利于降低运输成本, 也会由于轴载限值的放宽使超限车辆数应该减少。但事实证明, 随着轴限的提高, 超限现象不仅没有减少反而有所增加[2]。例如芬兰于1975年将公路荷载限值由单轴8t增至10t, 双轴由13t增至16t, 总重由32t增至43t, 结果导致全国23%的公路桥梁承载能力不足, 许多车辆不得不绕行过桥, 大大增加了运输成本。美国加州于1982年将公路车辆总重限值提高到36.3t, 结果仅桥梁加固资金就增加了9000万美金。德国于1986年将限值由单轴10t增至11t, 双轴由16t增至18t, 总重由38t增至40t, 仅此一项就要每年额外增加11亿马克的资金用于原有道面的补强。鉴于此, 本文对重载交通条件下沥青路面设计方法进行简要分析。
1 车辆超限超载的界定
车辆超重包括轴载超过公路限值和装载质量超过额定吨位两种情况, 具体定义如下[2]:
超限主要指公路上行驶的车辆、工程机械, 其总质量、轴载质量、外型尺寸三者之一超过限值标准的情况。目前我国规定车货总质量的最大限值为40t, 单轴、双联轴和三轴的限值分别为10t、18t和22t;外型尺寸包括对车货长、宽、高的限制, 我国的标准分别为25m、3.5m和4.3m, 主要在于保障公路运输的净空要求。针对道路设施的损坏, 公路部门最关心的是总重或轴载超限。
超载指运输车辆装载质量超过额定吨位的现象。超载的方法包括将汽油发动机改装成柴油机, 改善动力性能;或者把常规轮胎更换成大规格或钢丝子午线轮胎, 提高内压;另外可采用增加钢板弹簧片数、拦板高等等手段。超载车辆行驶不仅影响道路行车安全, 尤其对道路结构及桥涵等构筑物产生很大的危害, 使其过早损害, 功能衰退。因此道面结构设计中应考虑超载车辆的影响。
2 轴载换算方法
在进行路面结构设计中, 交通轴载是路面厚度设计的一个重要参数。目前, 我国现行沥青路面设计规范[3]用于设计的标准轴载为100kN, 进行轴载换算采用的公式为:
式中:P、N—标准轴载或指定轴载的轴载重和当量作用次数;
Pi、ni—被换算轴载的轴载重和作用次数;
C1—轴数系数;
C2—轮组系数。
现行公路沥青路设计规范运用弯沉计算时的轴载换算公式只适合轴载小于130kN的各级轴载。根据研究表明, 当轴载大于130kN时, 随着轴载增大, 弯沉增大较大, 其关系具有明显的非线性, 由此公式推导重载、超载车辆的当量轴载换算系数不太合理。因此, 轴载换算时需对某些系数进行修正。
(1) 弯沉等效的轴载换算方法
式中:L为弯沉, P为轴载, N为轴载作用次数, A、c、n、n1为系数。一般情况下n=4.0～4.8, 现行沥青路面设计规范取4.35, 超载时取n=5.0～5.8。
(2) 弯拉等效的轴载换算方法
按荷载应力和温度和温度应力综合疲劳损耗等效关系可得
式中:σ为荷载作用在路面产生的拉应力。经过研究分析, 一般半刚性基层路面ns=8.0, 超载时ns=9.0。
(3) 车辙等效的轴载换算方法
国内曾通过室内车辙试验、现场实测数据[4], 根据车辙等效原则, 对轴载进行了换算。
(4) AASHTO的轴载换算方法
建议采用美国州公路与运输官员协会 (AASHTO) 按现时服务能力指数等效原则得到的轴载换算公式:
式中:α, ρ-路面结构参数 (面层类型、面层厚度、基层厚度) 和荷载参数 (轴重等) 的函数;
PSI0-路面刚修好时的初始服务能力指数, 沥青路面取4.2;
PSIt-路面需大修时的终端服务能力指数, 对于特重交通道路取3.0, 主要道路取2.5, 轻交通道路取2.0。分析超载车辆对路面结构的作用时, 可取PSIt为3.0进行轴载当量换算系数计算。
3 厚度设计
国外的沥青路面设计一般以沥青混凝土面层的弯拉应力作为设计控制指标, 同时以基层底面拉应力和路标弯沉作为验算指标, 如Shell设计法、AI设计法等, 这些方法比较符合国外的全厚式结构或粒料基层结构的特点[1]。我国沥青路面设计规范以路面设计弯沉为主要控制指标, 对高等级路面的面层和半刚性基层验算其层底拉应力。但根据有关研究, 在目前半刚性基层应用十分普遍的情况下, 基层的层底拉应力可以比较好反映荷载对结构的疲劳损耗要求, 而且在进行高等级的路面结构设计时, 往往是路标弯沉值符合要求, 而基层底面拉应力验算不能通过, 因此基层底面拉应力指标更具有控制意义。
根据国内外经验[1], 在重载沥青路面设计中, 一般采用增加沥青面层厚度、改变沥青面层强度、增加半刚性基层厚度以及土基增强等方法。
4 结语
随着交通运输业的快速发展, 道路交通呈现出交通量大、轴载加大、轮胎压力增加、车速提高等现象, 这加剧了路面的疲劳损伤, 并带来一系列的早期破坏, 严重影响了道路正常的使用寿命。因此, 为保证路面的服务水平和长期性能, 在道路设计中对交通参数进行合理处理, 设计出适宜重载交通的路面结构和材料形式就显得尤为重要。本文通过对车辆超限超载的界定, 轴载换算以及路面结构层厚度的计算方法的介绍, 可对提高重载交通条件下沥青路面的承载能力、延长路面使用寿命具有一定的参考意义。
摘要：重载交通对路面具有显著的损伤作用, 这要求在道路设计中必须重视交通参数的合理处理, 以便设计出更加适宜的路面结构和材料形式。本文简要介绍了车辆超限超载的界定, 轴载换算以及路面结构层厚度的计算方法。
关键词：超限超载,沥青路面,设计方法
参考文献
[1]陈俊志.甘肃省重载交通沥青路面结构研究[D], 西安:长安大学, 2007
[2]白子建, 贺海, 周骊巍.重载交通长寿命沥青路面设计方法[J].城市道桥与防洪, 2010 (, 12) :30-33
[3]JTGD50-2006, 公路沥青路面设计规范[S]
重载交通 篇4
根据瞬态动力学分析方法:
其中:分别为系统的结点加速度和结点速度向量;M, C, K和Q (t) 分别为系统的质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵和结点荷载向量, 本文采用Rayleigh阻尼。
2 路面结构三维有限元数值模型
2.1 荷载参数
根据比利时公式, 轮胎接地压力和接地面积的随轴载增加的变化规律如下[1]:
其中, A为轮胎接地面积, cm2;δ为轮胎接地面积当量圆半径, m;P为每个轮胎所受的荷载, k N;p为轮胎接地压力, MPa。
采用正弦分布荷载模拟车辆荷载[2]:
其中, Pmax为车辆每个轮胎所受的荷载峰值, k N;T为荷载作用周期, s, 按式 (5) 计算:
其中, v为车辆行驶速度, m/s;δ为轮胎接地面积当量圆半径, m。
2.2 路面结构与材料参数
将路面各结构层视为各向同性线弹性材料。具体的路面结构厚度和材料参数见表1。
2.3 有限元模型参数
基于ANSYS有限元软件, 选取八结点Solid45单元进行动力分析。确定最优平面几何尺寸为10 m×10 m, 路基厚度取10 m。路面结构动力响应分析中采用固定边界条件设置。考虑到对称性, 取1/4模型建模。
3 重载作用下动力响应在路面结构中分布规律
根据我国轴载分布规律, 本文选取计算荷载参数为:单轴双轮轴载220 k N, 行驶速度为60 km/h。其中点0, 0.5, 1, 2, 3, 4位于轮隙中心正下方, b0, b0.5, b1, b2, b3, b4为轮载中心正下方各点, 分别位于路表、面层中部、面层底部、基层底部、垫层底部、路基顶部以下3 m处。a, b, c, d, e位于路表, 距轮隙中心处分别为0.05 m, 0.17 m, 0.29 m, 1.47 m, 2 m。
动载作用下的剪应力如下:
1) 纵向剪应力。纵向剪应力使沥青混合料发生纵向流动变形, 严重时发生裂纹、壅包等破坏;横向剪应力使沥青混合料发生横向流动变形, 产生车辙等破坏。
图1为轮载中心正下方各点纵向剪应力时程曲线。图2为轮载中心正下方各点纵向剪应力峰值沿深度变化曲线。图3为路表各点纵向剪应力时程曲线。图4为路表各点纵向剪应力峰值沿横向变化曲线。
由图1, 图2可知, 纵向剪应力在沥青面层表面达到最大值 (约为200 k Pa) , 随着深度增加, 开始出现衰减, 在面层底面, 纵向剪应力值减小至92.1 k Pa, 说明沥青面层都处于较高的纵向剪应力作用下。在半刚性基层和路基结构中, 纵向剪应力随深度的增加迅速减小, 在路基顶面 (点b3处) 剪应力已减小到很小的值。
由图3, 图4可知, 沿路表横向方向, 轮隙中心位置处 (0点) , 纵向剪应力值较小, 随着与轮隙中心的距离增大, 至轮载作用区域时, 纵向剪应力呈现先增大后减小的趋势, 在轮载作用面中心处 (b点) 纵向剪应力值最大, 约200 k Pa。横向距离增大至距轮隙中心点0.68 m处, 正向剪应力出现反方向最大值, 约为30 k Pa, 随着与加载面距离的进一步增大, 正向剪应力逐渐减小, 距0点1.5 m处, 衰减为0。所以对于纵向剪应力, 其最不利位置为面层表面轮载中心处。
2) 横向剪应力。图5为轮隙中心正下方各点横向剪应力时程曲线。图6为轮隙中心正下方各点横向剪应力峰值沿深度变化曲线。
由图5, 图6可知, 与纵向剪应力相似, 横向剪应力在沥青面层表面达到最大值 (约为241.6 k Pa) ;在面层结构内, 横向剪应力随深度的增加迅速减小, 在中面层位置, 横向剪应力为94.6 k Pa, 在下面层底部, 横向剪应力衰减为13.6 k Pa (结构1) , 在半刚性基层及路基内, 剪应力已减小到很小的值。
图7为路表各点横向剪应力时程曲线。图8为路表各点横向剪应力峰值沿横向变化曲线。由图7, 图8可知, 沿路表横向方向, 轮隙中心位置处 (0点) , 横向剪应力值最大 (约为241.6 k Pa) , 随着与轮隙中心的距离增大, 横向剪应力迅速减小, 至轮载作用区域左边缘时 (a点) , 横向剪应力方向已发生改变, 数值也较小。在轮载作用面中心处 (c点) , 横向剪应力已达到反方向的最大值 (约为115.4 k Pa) , 但仍远小于轮隙中心处的剪应力值。随着横向距离的进一步增大, 横向剪应力值逐渐减小, 距0点1.5 m处衰减为0 k Pa。
4 结语
对剪应力计算结果表明, 重载车辆反复作用下, 面层不同深度内存在较大的剪应力。在重载220 k N作用下, 本结构沥青层最大剪应力约0.24 MPa, 重交沥青的混合料抗剪强度在0.27 MPa~0.5 MPa之间, 为了避免沥青面层出现一次性剪切破坏, 建议重载路面沥青混合料采取改性沥青。
参考文献
[1]黄文元, 王旭东, 孙立军.公路超载特征及重载沥青路面交通量参数[J].公路, 2003 (5) :56-57.
重载交通 篇5
1 重载交通公路桥梁设计中车辆荷载的调查
通过对按照相似模拟原则选取的路段进行调查, 来推断重载交通公路桥梁车辆荷载的纵向排列情况。该调查主要是为了统计出以下三个数据:首先是调查车辆的类型及其分布情况, 即各种类型车辆分布的比例;其次是各类车辆的轴重、轴距等再次是公路桥梁车辆荷载的汽车纵向间距, 其中包括载重汽车与普通汽车之间的纵向间距以及普通汽车与普通汽车之间的纵向间距。
对于前两个数据的统计, 采用观察法即可;而对于公路桥梁车辆荷载的汽车纵向间距的统计, 则采用摄影法和人工观测法, 在选择的调查路段中对交通高峰时段的汽车纵向间距进行连续采集, 并将其中个别的不合理数据进行剔除, 然后将其中载重汽车与普通汽车之间的纵向间距以及普通汽车与普通汽车之间的纵向间距分别组成集合, 另外通过调查也发现, 连续两辆载重汽车相间的概率较小, 基本可以予以忽略.根据上述调查的数据, 然后对其进行皮尔逊—Ⅲ型曲线拟合, 从而得出设计中可用的汽车计算纵向间距。
2 重载交通公路桥梁设计中车辆荷载的分析
在公路桥梁设计中, 车辆荷载是一项极其重要的技术指标, 而车辆荷载也以包括轴距、车间距、车重或轴重等在内的多个参数来对桥梁结构产生荷载效应, 而根据之前通过对重载交通公路桥梁中的实际交通调查数据进行分析和计算, 从而得出有代表性的汽车荷载类型及其车队纵向排列图, 这样就能够计算出在实际的运营状态下, 车辆荷载对于重载交通公路桥梁产生的荷载效应。下面就以我国最为常用的公路简支梁桥和公路连续梁桥来作为重点的计算对象, 对于现行规范荷载 (公路I级) 下与调查荷载下的不同跨径公路桥梁的最大弯矩效应值来进行分别计算。
根据《公路桥涵设计通用规范》 (JTG D60-2004) (以下简称为《路桥通规》) 中的规定, 高速公路的设计荷载为公路Ⅰ级, 该级的车辆荷载由主车 (200k N) 和加重车 (550k N) 所组成。而在对高速公路汽车车辆荷载进行分析的过程中, 将各种类型的车辆按照其对公路桥梁的作用来折算成主车 (即普通汽车) 和加重车这两种类型, 即将三、四轴载重货车、两轴中重货车、小货车、中大客车、小客车等统计为主车, 而将五、六轴载重货车等统计为加重车。
2.1 主车
采用30m跨径的简支梁的跨中弯矩作用效应, 来作为车辆荷载折算的基本参数, 计算出主车的作用总效应为:M总=995127k N·m然后将其进行平均分配从而计算出每辆主车产生的作用效应为:M单=995127/1315=757k N·m。而根据《路桥通规》中公路Ⅰ级的车辆荷载设计值, 其主车的轴距和轴重按照两轴中重货车来进行计算, 作用在30m跨径的简支梁桥的作用效应为:MⅠ级=1352k N·m, 将调查荷载的作用效应与《路桥通规》中公路Ⅰ级的主车作用效应为进行比较, 757/1352=0.56, 这是由于近年来小客车的增长速度已经远超过其他类型的车辆从而导致的。因此为了计算方便, 设计荷载即可采用《路桥通规》中规定的两轴中重货车的轴距及轴重值, 其作用效应的差值则在主车间距中来进行计算。
2.2 加重车
采用30m跨径的简支梁的跨中弯矩作用效应, 来作为车辆荷载折算的基本参数计算出加重车的作用总效应为:M总=1348863k N·m, 然后将其进行平均分配, 从而计算出每辆加重车产生的作用效应为M单=134886 3/327=4125k N·m。而根据《路桥通规》中公路Ⅰ级的车辆荷载设计值, 重车作用在30m跨径的简支梁桥的作用效应为:MⅠ级=2949.k N·m, 将调查荷载的作用效应与《路桥通规》中公路Ⅰ级的主车作用效应为进行比较, 4125/2949=1.40这由于重车的车辆多并且载重量大所导致的, 因此其对桥梁作用效应的影响也最大而按照六轴半拖挂汽车来计算, 作用在30m跨径的简支梁桥的作用效应为:M六轴=4345k N·m, 这与调查荷载中的作用效应值M单=4125k N·m相近, 因此在设计中应采用六轴半拖挂载重汽车的轴距及轴重值来作为加重车的轴距及轴重。
3 新《公路桥涵设计通用规范》关于重载交通车辆荷载的改进分析
3.1 对车辆荷载冲击系数的计算进行了修订
在89规范中主要由公路桥梁的计算跨径来决定其冲击系数, 而2004新规范中统一采用结构基频来决定其冲击系数。89规范主要考虑了跨度和材料的因素, 而未考虑桥型、连接方式和截面等对动力反应的影响, 2004新规范则采用结构基频作为参数, 因为基频是由质量、刚度、阻尼三者共同来决定的, 从而抓住了统一的本质上的因素, 从而不管其跨度、材料、桥型等有多大区别, 只要基频固定, 就可以认为其动力本质并未发生变化, 这样就使得设计计算更为科学而简洁。
3.2 对桥宽的要求进行了修订
在89规范中, 桥宽是按照不同的地形 (山岭、重丘、微丘、平原等) 来进行分别规定的, 而2004新规范则是引进了各级公路等级设计车速的概念, 从而根据不同的设计车速来最终决定桥宽。按照89规范中的要求, 在对于不同地形的确定以及地形本身具有的可改造性等两方面, 都给设计带来乐不便;而在2004新规范中按照确定的设计车速来进行桥宽的设计, 计算则相对十分明确。
3.3 对车辆荷载的划分进行了修订
在2004新规范中废除了原来的四级汽车车队荷载, 而代之以公路Ⅱ级和公路Ⅰ级 (即分别相当于89规范中的汽-20级与汽-超20级) 。而且在精简车辆荷载等级的基础上, 2004新规范还针对原来的车队荷载布载的麻烦, 引进了车辆荷载 (对局部效应进行计算) 和车道荷载 (对整体效应进行计算) , 从而使得车辆荷载的效应计算变得更为简便。
摘要：随着我国经济的发展, 无论是车辆的载重还是轴数都在不断增大, 因此对于公路桥梁设计中的车辆荷载进行重新分析是非常有必要的。本文对重载交通公路桥梁设计中车辆荷载的调查结果进行了分析, 并对新《公路桥涵设计通用规范》中关于重载交通车辆荷载的改进进行了探讨。
关键词：重载交通,路桥设计,车辆荷载
参考文献
[1]胡晓燕.大跨度公路桥梁车桥耦合振动响应研究[D].武汉理工大学, 2009.
重载交通 篇6
1 重载交通公路桥梁设计前对车辆荷载的调研
在进行重载交通公路桥梁设计之前, 应该根据相似模拟原则对所选取的公路段进行调查和研究, 以此对重载交通公路桥梁车辆荷载的纵向排列情况进行分析和明确。调查过程中必须得到的三个数据分别是: (1) 对车辆的类型及其分布情况进行调研, 从中确定各种类型分布的比例情况; (2) 对不同类型车辆的轴重和轴距进行调查和统计; (3) 对公路桥梁车辆荷载的汽车纵向间距进行调查和统计。在纵向间距方面, 主要统计载重汽车和普通汽车之间的纵向间距、普通汽车与普通汽车之间的纵向间距。
对于车辆类型分布的比例情况和车辆的轴重和轴距的调查可采用观察方法进行, 对于公路桥梁车辆荷载汽车的纵向间距可以采用摄影法和人工观测法。如果在对汽车纵向间距进行统计过程中, 出现汽车数量过多, 无法进行逐个调查, 则应该采用采集的方法, 对其中不合理的数据进行剔除, 然后将其中载重汽车与普通汽车之间的纵向间距、普通汽车与普通汽车之间的纵向间距组成集合。
2 重载交通公路桥梁设计时对车辆荷载的分析
车辆荷载作为公路桥梁设计中的重要技术指标, 在重载交通公路桥梁设计过程中必须包含对车辆轴距、车间距、车重和轴重等各方面数据进行分析, 因为这些数据对公路桥梁结构都会产生一定的荷载效应, 对于车辆荷载对重载交通公路桥梁产生的荷载效应的计算, 主要是通过对重载交通公路桥梁中的实际交通调查数据进行分析和计算, 从计算数据中得到代表性的汽车荷载类型和车队纵向排列, 这样便很容易计算出重载交通公路中车辆荷载产生的荷载效应。
按照《公路桥梁设计通用规范》中对不同道路车辆荷载的规定, 高速公路的设计载荷为公路1级, 这一级的车辆载荷由两种类型车辆组成, 分别是普通汽车和加重汽车, 即使在调查过程中会存在其他类型的汽车, 但是为了方面起见, 在对高速公路汽车车辆荷载进行分析时, 将各种类型的汽车都折算成普通汽车和加重汽车对公路桥梁的荷载效应进行分析。
2.1 普通汽车对重载交通公路桥梁设计的荷载效应
车辆荷载折算的基本参数应该采用30m路径的简支梁的跨中弯矩作用效应, 通过基本参数计算出普通汽车的作用总效应, 这时的总效应是995127KN/m, 对于每辆车普通车辆产生的作用效应的计算应该将总效应进行平均分配, 这时每辆普通汽车产生的作用效应应该是995127/1315=1352KN/m。
在《路桥通规》中, 对于公路1级的车辆荷载设计值的计算, 一般是按照普通汽车的轴距和轴重中重货车进行计算的, 在30m跨径的简支桥梁的作用效应是1352KM/m。
将调查荷载的作用效应与《路桥通规》中的普通汽车的作用效应进行比较分析, 两者质量差别很明显, 这主要是因为随着人们生活水平的提高, 小客车的数量的增长速度已经在很大程度上超过了其他类型的车辆增长速度。所以为了保证计算的方便, 在计算普通汽车荷载时应该采用《路桥通规》中规定的两轴中重货车的轴距和轴垂直, 在普通汽车间距中计算汽车荷载的作用效应。
2.2 加重车对重载交通公路桥梁设计的荷载效应
加重汽车的作用总效应的计算应该与普通汽车的作用总效应的计算如出一辙, 都是采用30m跨径的简支梁的跨中弯矩作用效应, 作为车辆荷载这算的基本参数, 这时计算出的作用总效应是1348863KN/m, 每辆加重汽车产生的作用效应的计算应该是通过将总效应按照车辆数量进行平均分配, 得出的结果应该是1348863/327=4125KN/m。
在《路桥通规》中, 对于公路1级的车辆荷载设计值的计算, 一般是按照加重车的轴距和轴重中重货车进行计算的, 在30m跨径的简支桥梁的作用效应是2949KM/m。
将调查荷载的作用效应与《路桥通规》中的普通汽车的作用效应进行比较分析, 两者质量差别很明显, 这主要是因为重货车的数量的增长速度已经在很大程度上得到提高, 因此, 加重车对桥梁作用效应的影响较大。所以为了保证计算的方便, 在计算普通汽车荷载时应该采用六轴半拖挂载重汽车的轴距和轴重值来作为加重车的轴距和轴重。
3 重载交通车辆荷载的改进分析
3.1 改进车辆荷载的冲击系数
在以往的规范中对公路桥梁的冲击系数的计算主要通过计算公路桥梁的跨径来决定, 在新的《公路桥梁设计通用规范》中将对公路桥梁冲击系数的计算改为采用结构基频的方式进行。在以往的规范中, 对于冲击系数的计算主要考虑的是桥梁跨度和材料的因素, 却忽视了桥型、连接方式和截面对动力反应的影响, 而在新的规范中之所以采用结构基频计算冲击系数是因为基频是由质量、刚度、阻尼三个方面共同决定, 这就使得结构基频实现了某一方面的统一, 因此, 无论桥梁的跨度、材料和桥型区别多大, 只要拥有固定的基频, 就能够认为动力的本质没有发生变化, 这样就能够在一定程度上保证计算的科学性。
3.2 改进对桥梁的要求
在以往的规范中, 桥宽的规定是通过对地形的调查进行的, 对于山岭、平原、丘陵等不同不同地形对桥梁的宽度会有不同的规定。在新的规范中, 桥梁的宽度是由设计车速的不同进行分别规定的, 设计车速的概念是在现阶段才引进的, 具有一定的科学和技术含量。在以往的规范中, 不同地形的确定和具有的可改造性等都是非常麻烦的, 对整个设计过程中来说也是不便利的, 甚至会造成各方面的阻碍, 而在新的规范中, 依照设计车速对桥宽进行设计, 由于需要考虑的问题单一, 所以整个过程进行起来非常方便, 计算也是非常准确的。
3.3 改进车辆荷载的划分
在新的规范中, 以往的规定中的四级汽车车队荷载进行了废除, 而是也用公路二级和公路一级取而代之, 这样划分起来对车辆荷载的计算更加方便, 在这一车辆荷载等级基础上, 还对以往的车队荷载布载中存在的麻烦进行改进, 引进了车辆荷载和车道荷载, 其中车辆荷载是指对局部效应进行计算, 车道荷载是指对局部效应进行计算。通过采用这些方式对车辆荷载的作用效应进行计算, 可以降低车辆荷载的作用效应计算过程中的繁杂程度, 使计算变得更加简便。
4 结束语
在公路桥梁设计中, 车辆荷载特别是重载交通车辆荷载的采用对路桥结构的经济、适用和安全等影响较大。改革开放之前我国的交通事业发展速度缓慢, 在公路上形式的载重车辆的车流量较小, 并且轴重较轻。改革开放之后, 随着我国经济的快速发展和科学技术的高速发展, 无论是公路上的载重车辆的车流量还是轴重都大幅度提高, 甚至在有些桥段不仅车流量较大, 还有一些载重车严重超载, 导致桥段经常出现堵塞现象, 久而久之, 公路桥梁的损坏程度越来越严重。因此, 为了减轻公路桥梁因车辆荷载而造成的损坏, 必须对重载交通公路桥梁设计中的车辆荷载进行全面分析。
参考文献
[1]胡晓燕.大跨度公路桥梁车桥耦合振动响应研究[D].武汉:武汉理工大学, 2009.
重载交通 篇7
近些年, 重载交通设计受到了广泛关注, 重载交通是指车辆轴载偏重, 胎压偏高或者是轴载作用次数较多, 交通繁忙。随着社会经济的进步, 公路运输不断呈现出大交通量和 (特) 重载交通的特点, 车辆超载已成为一个普遍存在的问题, 它对道路路面的正常使用具有极大的影响, 是路面使用初期产生各种破坏的主要原因。因此, 在路面设计中必须考虑重载交通的影响。
2 重载交通下路面的主要损害类型
目前, 我国超载超限运输车辆普遍存在, 特别是大型水电站等仍有增长趋势。据相关调查资料显示, 重载道路上通常存在着较为严重的车辙、裂缝等损坏现象。重载交通使得道路的损坏程度加大、破损期提前。 (1) 车辙。车辙是重载交通作用下路面最典型的破坏形式之一。它的出现不仅会缩短路面使用寿命, 还会影响行车舒适性、危及行车安全。分析认为, 产生车辙的主要原因是混合料的经过反复重压产生较大变形。通过对重载交通下路面产生车辙的原因分析, 深入研究抗车辙的混合料, 防止或减少车辙的产生。 (2) 疲劳开裂。重载交通下, 路面承受的累计当量轴次增加, 路面材料所能承受的疲劳应力降低, 路面结构层就容易产生裂缝。重复的重荷载作用使得裂缝应力集中, 以复杂的形式自上而下扩展, 最终导致路面疲劳开裂。路面性能、级配、混合料的性质以及道路的结构形式对疲劳耐久性都有一定的影响。 (3) 其他损害。重载交通使得路面的病害提前出现, 特别是雨季, 导致了路面松散、剥落、坑槽等病害, 水的反复作用使得路面水损害现象愈加严重, 最终导致道路的整体破坏。合理的路面结构、材料、配比以及防排水措施可以有效降低路面水损害的产生, 延长道路的使用寿命。
3 重载交通参数分析
3.1 超重车辆对水泥混凝土路面结构计算的影响
水泥混凝土路面设计中车道上各种车型不同, 车辆荷载相对于标准轴BZZ-100的换算累计当量轴次是关键的设计指标, 当有超重载车辆通过时, 当量轴次是标准荷载的16次方倍数。超重载车辆对水泥混凝土路面的损坏起到决定性作用, 路面结构破损加速, 直接导致公路的服务水平降低。与此同时, 超重车辆荷载对路面结构内的应力产生较大的拉压应力, 会导致路面损坏程度加大, 路面的使用年限大幅减少。
3.2 车型对水泥混凝土路面结构计算的影响
轴载换算, 数据采集有其不确定性, 同时不同设计人员根据相同的交通量数据也会得到差距较大的设计轴载作用次数。主要是不同的设计人员会根据设计经验将现场实际运输车辆套用《公路水泥混凝土路面设计规范》中所提供的相关车型, 由于轴载换算的区别, 产生的结果也不一样。
比如, 实际道路运输多为双后轴大型货车, 选取代表性的车辆进行计算对比, 分别采用太脱拉81553和红岩CQ30290, 见表1。
由表1计算得出太脱拉81553换算成标准轴系数为2.74, 红岩CQ30290换算成标准轴载系数32.34, 通过总重看出虽然两者满载总质量相差34k N, 但对比两者轴载系数相差有11倍。所以计算车型的选取直接影响计算成果, 采用不同结果设计后, 参照总重较低的车辆计算, 造成路面结构强度不足, 造成水泥混凝土路面早期破坏。参照总重较高的车辆计算, 造成设计强度超出, 造成不必要的浪费。所以车型的选择对路面结构的计算影响是很大的。
在大型水电站交通道路上, 重载车辆的比例较高, 各车道上的重载车辆分布比例相对于设计车道的累计当量轴次结果区别较大, 所以, 应该对重载车的行车道进行必要的测试, 获得车道的当量轴次。重载道路的车道系数的计算方式为单向整个断面当量轴次和行车道当量轴次对比。当实测资料不完整时, 车道系数可以参照表2进行确认。
4 大型水电站重载交通水泥混凝土路面结构设计要点
水电站运输车辆较多, 负荷量较大, 车辆反复碾压会对水泥混凝土路面造成不同程度的损害, 因此, 需注重路面结构设计, 提升路面性能, 提升其运行能力。例如, 某大型水电站公路全线长86.346km, 全线按照四车道一级公路标准进行建设, 设计速度为60km/h, 路基宽度为24.5m (分离式路基12.25m) 。该工程按照如下设计原则开展水泥混凝土路面结构设计工作。
4.1 路面结构组合设计
4.1.1 水泥混凝土路面
大型水电站重载交通道路水泥混凝土路面对于强度和抗疲劳要求较高。因为水泥混凝土路面板承受的行车荷载以及温度梯度产生的温度应力会发生弯曲, 尤其是在严重超载的情况下, 荷载应力会和温度应力共同作用, 这就要求水泥混凝土徐具有较高的弯拉强度, 其设计强度需超过5.0MPa, 混凝土路面板厚度必须超过260mm, 需保证路面平整, 且具有耐磨及抗滑作用。
4.1.2 基层
大型水电站重载交通道路水泥混凝土基层需具备以下特征:基层需具备较强的抗冲刷能力, 基层刚度较高。基层一般会使用贫混凝土、碾压混凝土、水泥稳定粒料或者是沥青混凝土等。贫混凝土基层的最小厚度不得小于150mm, 稳定类基层的厚度最小不得小于200mm。对该道路的重载交通特征和混凝土路面的结构组合以及日常使用情况进行综合分析, 决定采用如下路面结构形式, 如表3所示。
该工程的道路结构详细设计如下: (1) 就道路抗冲刷角度来说, 可先采用贫混凝土基层, 从经济层面考量, 使用水泥稳定粒料较为适宜; (2) 底基层的优先顺序为先水泥稳定粒料, 其次为二灰稳定粒料, 厚度设置为20cm; (3) 土基回弹模量不小于40MPa, 若小于40MPa, 则需要对土基进行适当处理, 如路基过于潮湿、湿润, 则需要换填砂、砂砾、碎石等, 或者掺入消石灰、固话材料等, 同时, 需要科学设置道路排水系统。
4.2 混凝土面板厚度设计
4.2.1 疲劳设计标准的板厚计算
疲劳设计标准的板厚计算是将当前的设计规范作为参考依据, 并按照弹性半无限地基上的弹性薄板为理论基础, 将纵缝边缘中部作为临界荷位, 以疲劳破坏作为临界破坏状态, 设计标准是荷载疲劳应力σpr以及温度疲劳应力σtr的总和与可靠度系数相乘, 不得超过混凝土的设计弯拉强度, 即:γr (σpr+σtr) ≤fr。
式中:γr为可靠度系数, 需要根据工程项目设计目标可靠度和变异水平等级进行设置;σpr为行车荷载疲劳应力;σtr为临界荷位处的温度梯度疲劳应力;fr为混凝土的设计弯拉强度。
4.2.2 极限强度标准的板厚验算
水泥混凝土板厚需对混凝土板的最大荷载应力以及温度应力进行验算之后方可确认。设计标准为板中可能出现的最大行车荷载应力以及温度应力的总和需小于水泥混凝土的设计强度fr, 即:σpl+σt1≤fr。式中:σp1为一次最大行车荷载作用下的计算荷载应力;σt1为最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力。
5 结束语
综上所述, 为了保证修建水泥混凝土路面能满足设计使用要求, 在有条件的情况下, 可设置长期轴重观测设备, 通过实测的数据进行统计分析。只要充分认识大型水电站运输情况, 通过对施工车辆和运输车辆的定性分析, 采用实际可行的数据进行道路设计和道路施工, 发挥混凝土路面结构优势和预期。由于各大型水电站超载车辆的超载率及通行量无法按照同一标准进行预测和控制, 采用较大值对路面结构设计进行控制, 增强大型水电站超载车辆对路面结构损坏的抵抗能力, 但超载车辆对路面结构的损坏依然严重。所以在水电站施工组织设计中应对运输车辆限载, 合理安排施工工期, 才能从源头上避免水泥混凝土路面损坏, 增加水电站运输道路的使用寿命, 减少不必要维修维护费用。
摘要：由于大型水电站施工作业范围大, 车辆量较多, 这就意味着车载负荷大, 因此需要对大型水电站的交通参数、结构组合设计等进行分析, 制定科学合理的水泥混凝土路面结构设计方案, 保证设计方案可满足大型水电站重载交通运行要求。本文就大型水电站重载交通水泥混凝土路面结构设计进行分析, 供相关人士参考。
关键词：大型水电站,重载交通,水泥混凝土,路面结构
参考文献
[1]祝云琪, 凌建明.上海地区重载交通水泥混凝土路面面板设计厚度分析[J].公路工程, 2009, 34 (4) :37~41.
[2]胡继明.工矿区重载交通水泥混凝土路面结构组合特征探究[J].科技视界, 2012 (30) :386.
[3]刘建军.重载交通作用下水泥混凝土路面结构响应分析[J].内蒙古公路与运输, 2010 (6) :52~54.
重载交通 篇8
1 原有水泥混凝土路面状况及处理原则
为了充分摸清旧混凝土路面损坏状况, 保证加铺路面结构设计的合理性, 首先对旧混凝土板进行了逐板详细调查, 并参照JTJ073.1-2001公路水泥混凝土路面养护技术规范、JTG D40-2011公路水泥混凝土路面设计规范及JTG H20-2007公路技术状况评定标准, 对板块病害进行归类分段统计, 之后以断板率及平均错台量两项指标来表征旧混凝土路面的损坏状况, 并作出评定。通过对G109马站至吴官屯段详细调查, 断板率平均达到22.3%, 属差等级;公路技术状况指数 (MQI) 为61.1分, 属次等;路面质量指标 (PQI) 仅为48.9分。不同车型的基本参数见表1。
依据《公路水泥混凝土路面设计规范》, 评定等级为次等, 采用加铺沥青混凝土方案, 加铺时必须对旧混凝土路面进行处治。
2 对旧混凝土板的处治原则
2.1 断板率达到30%以上的段落
为减少反射裂缝并稳定原路面, 保证原基层不被破坏, 将原水泥混凝土路面破碎和压稳处理后, 作为路面的底基层, 然后加铺20 cm水稳碎石基层和沥青面层 (4细粒式沥青混凝土+5中粒式沥青混凝土) 。在路面结构计算过程中, 破碎后作为底基层的模量参照级配砾石 (底基层) 回弹模量参考值为150~220, 本次设计采用200 MPa。通过计算该段的设计年限内当量轴次及设计弯沉值为:设计年限:12;车道系数:0.7;交通量平均年增长率:4.12%。通过计算该段的设计年限内当量轴次及设计弯沉值为:设计年限内一个车道上累计当量轴次:1.979 973E+07。路面设计弯沉值:22.9 (0.01 mm) 。通过计算水稳碎石补强厚度为19.6 cm, 故基层采用20 cm水稳碎石, 同时也有助于吸收下层破碎层的不均匀沉降, 起到了应力吸收层的作用, 对消除反射裂缝有辅助作用。
2.2 断板率小于30%的段落
1) 脱空板的检测及处治。a.检测范围。对完好板, 应逐板检测, 判定是否作脱空处理。b.检测方法。采用贝克曼梁 (落锤式弯沉仪) 板角弯沉检测方法进行脱空检测, 检测位置为距面板横缝40 cm、纵缝10 cm位置确定弯沉测点, 用油漆标出测点, 并对面板进行编号。每块板检测4点。注意弯沉仪的测点与支座不应放在相邻两块板上。凡弯沉超过0.2 mm的, 确定为脱空板。c.水泥混凝土面板脱空处治。注浆处理后, 加铺 (4+5) cm沥青混凝土面层孔的布置主要部位是板角及邻近接缝位置, 注浆孔布孔位置见图1, 板中孔为必要时补加。
2) 破碎板 (裂缝将混凝土板分割为3块以上) 处治。破碎板处, 通过对路面混凝土板破碎板块的旧路基层进行钻芯取样, 基层未形成板体, 芯样未能成型。且基层的破碎大体和水泥板块的破碎基本相同, 由此可见, 基层也受到破坏, 不能利用其强度, 故本设计为挖除基层及面层换填贫混凝土, 之后加铺 (4+5) cm沥青混凝土面层。
3) 裂缝的处治。a.重度裂缝 (裂缝宽度大于10 mm, 缝宽、边缘有碎裂并常伴有错台) 的处治。本次设计为挖除裂缝处换填贫混凝土后, 加铺 (4+5) cm沥青混凝土面层。b.中度 (裂缝宽度3 mm~10 mm) 、轻度裂缝 (裂缝宽度小于3 mm) 的处治。本次设计为采用灌缝处理后, 加铺 (4+5) cm沥青混凝土面层。中度裂缝灌缝处理:顺着裂缝扩宽成1.5 cm~2.0 cm的沟槽, 槽深可根据裂缝深度确定, 最大深度不得超过2/3板厚。清除混凝土碎屑, 吹净灰尘后, 填入粒径0.3 cm~0.6 cm的清洁石屑, 用SBS改性乳化沥青对裂缝进行灌缝, 要求沥青与缝口齐平。
4) 板角断裂。a.对板角轻微裂缝且未产生错台的, 采用灌缝方法处治后, 加铺 (4+5) cm沥青混凝土面层。b.对于水泥混凝土面板有两处以上严重断裂, 裂缝处有严重剥落且有错台、裂块已开始活动的断板, 需挖除整块混凝土板, 换填贫混凝土后, 加铺 (4+5) cm沥青混凝土面层。为防止反射裂缝的产生, 在旧混凝土的纵横缝处洒布粘层油后加铺土工布, 之后再加铺 (4+5) cm沥青混凝土面层。
5) 沉陷的处治。a.轻微沉陷 (深度在10 mm~25 mm之间, 正常行车无明显感觉的沉陷) 的处治:采用贫混凝土调平后加铺 (4+5) cm沥青混凝土面层。b.重度沉陷 (深度大于25 mm, 正常行车有明显感觉) 的处治:挖除旧路基层、面层及路基, 换填50 cm砂砾垫层及水稳碎石基层, 后加铺 (4+5) cm沥青混凝土面层。
2.3 改性沥青的加工
高填方及纵坡较大路段, 路面上面层采用SBS改性沥青, SBS改性沥青的用量占沥青质量的4.5%~5%, SBS改性沥青的生产应事前经试验研究选择配好的基质沥青和SBS, 重点控制SBS的剂量、细度和加工温度, SBS改性沥青的加工温度严格控制在165℃~175℃, 最高不得超过182℃。SBS改性沥青的生产有工厂化生产和现场加工两种方式。现场加工改性沥青有两种形式, 一种是在施工现场附近集中加工, 由运输车运送至各施工项目部沥青混合料拌合厂, 泵入配备有搅拌器的储存罐;另一种是将改性沥青生产设备安装在各施工项目部沥青混合料拌合厂, 现场生产改性沥青, 直接泵入配备有搅拌器的沥青存储罐。
3 结语
在重载交通的反复作用下, 水泥混凝土出现各种病害, 在白改黑的过程中, 需要首先将旧混凝土路面病害处治后, 再加铺沥青混凝土结构层。
摘要：针对重载交通作用下水泥混凝土路面水泥板出现的各种病害, 提出加铺沥青层的方案, 依据相关规范, 介绍了旧混凝土板的处治原则, 通过对旧水泥板的处治及加铺沥青后, 恢复了路面使用性能, 提升了公路服务水平。
关键词：重载交通,水泥混凝土,处治方案,加铺沥青层
参考文献
[1]JTG D50-2006, 公路沥青路面设计规范[S].
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